诺奖得主维尔切克：时间是什么？

直播主题：顶尖物理学家是如何感知世界的

直播时间：2023年11月12日14:00-15:30

直播简介：当前，全球处于不断变化和发展的过程之中，经济纠纷、环境博弈、科学技术迭代等，都让我们不得不重新审视当下种种困境——能否从这个纷乱的万象之中找寻最基本的规律和原则，以此指导当下与未来？诺贝尔物理学奖得主弗兰克·维尔切克携新书《万物原理》对话潘建伟院士、丁洪教授和袁岚峰教授，就“顶尖物理学家是如何感知世界的”为主题开展深入对话，共同探讨基础物理的发展、科学对世界的影响。

弗兰克·维尔切克 |  撰文

测量与意义

弗兰克·拉姆齐（Frank Ramsey，1903—1930）才华横溢，却英年早逝。在他26岁死于肺病之前，拉姆齐对数学、经济学和哲学做出了影响深远的贡献。20世纪20年代，年少的他已经是剑桥思想界的中心人物。他在约翰·梅纳德·凯恩斯和路德维希·维特根斯坦家中的草坪上，与他们合作，也与他们争论，而这两位分别被广泛誉为20世纪最伟大的经济学家和哲学家。“拉姆齐理论”则是自拉姆齐的工作发展而来的繁荣而有趣的数学一隅。

（这里有一个经典的小例子，可以让你感受一下拉姆齐理论：在任意一个两两之间要么是敌人要么是朋友的6人群体中，总能找到3个人，他们相互之间要么都是朋友，要么都是敌人。）

弗兰克·拉姆齐是一位不容忽视的思想者。他对物理世界中人类之外的部分的拒斥，值得我们认真思考：

我关于世界的图景是以透视法画就的，不是一个按比例的模型。最引人注意处为人类所占据，星辰则像三便士的硬币那么微小。我不真正相信天文学，除了将其作为人类（可能还有动物）的感觉过程一部分的一种复杂描述。我不仅将我的透视法运用于空间，也运用于时间，随着时间推移，世界终将变冷、万物终将凋亡；但那个时间离我们极为遥远，它以复利折现的现值几乎为零。

《纽约客》有期封面也表达了类似的想法。它展示了一张世界地图，其中绝大部分画的是曼哈顿，而地球的其他部分都被挤到了一个狭窄潦草的背景中。

拉姆齐的态度是对“唯尺寸至上”态度的一种有益的修正。相同的空间体积拥有相同的容纳物质和运动的潜力，但这并不意味着它们的重要性相同。无差别的空旷区域是无趣的。与此类似，相同长度的时间拥有相同的容纳时钟嘀嗒的能力，但这也不意味着它们的重要性相同。对绝大多数人和绝大多数时间来说，附近发生的事件才更加重要。这是人们与生俱来的态度，也是我们在人世间的应对策略。

然而拉姆齐不仅保持了这种态度，还将其推向极端。他说他不相信天文学，但我并不相信他这句话。对我来说，他的叙述反而暗示着他深受宇宙惊人的巨大空间与时间袭扰，一如帕斯卡。由于他否认天文学的重要性，他错失了一个潜在的灵感来源，令人遗憾。在数学家、经济学家和哲学家之外，拉姆齐错过了一个成为伟大宇宙学家的机会。

我们可以看到宇宙中既有丰富的外在，也有丰富的内在。这两个事实并不矛盾，我们也无须二选其一。从不同的角度看，我们亦大亦小。两种角度都捕捉了关于我们在万物体系中的位置的重要事实。要得到一个对现实完整而实际的理解，两种观点我们都必须欣然接纳。

时间的丰富

我们在空间中所见到的同样适用于时间：无论外在还是内在，都存在丰富的时间。虽然广大的宇宙时间让我们相形见绌，但是我们的内在也包含了广大的时间。

在视觉宇宙史《造星主》中，开创性的科幻天才奥拉夫·斯塔普尔顿（Olaf Stapledon）写道“因此，包含诸多连续物种和绵延繁盛的一代代人的整个人类史，也不过是宇宙生命中的灵光一现。”古罗马哲学家塞涅卡（Seneca）在《论生命之短暂》中表达了与之相反的想法。“我们为何要抱怨大自然？”他写道，“它的行为如此慷慨：如果我们知道如何利用生命，它将是漫长的。”

我们即将看到，斯塔普尔顿和塞涅卡都说对了。

时间是什么？

为了避免陷入模糊而无意义的讨论，让我们先停下来深呼吸一下，提出一个非常基本的问题：时间是什么？

时间在心理上似乎不如空间那样有形可触。我们不能在时间中自由移动，甚至也不能重临某个选定的时刻。某个时刻一旦流逝，便成为过去。它总是一开始不在当下，然后成为当下，最后再次离开当下。

伟大的思想者圣奥古斯丁就曾清晰表达过一个常见的困惑：“时间是什么？如果无人问起，我心知肚明。如果要向问我的人解释，我却一片茫然。”

一个机智但不严肃的回答常常被张冠李戴到爱因斯坦头上，尽管它实际出自科幻小说家雷·卡明斯（Ray Cummings）之口：“时间就是阻止所有事情同时发生的东西。”

另一个言简意赅但乍听起来也不严肃的回答是“时间是钟测量的东西”，但我相信这是正确答案的萌芽。我将会在这个想法的基础上展开讨论。

大自然中有许多现象都有规律地重复着。昼夜的交替、月亮的盈亏、四季的更迭，以及人和动物的心跳，它们的周期都是日常经验中的显著特征。如果比较两个人平静时的心跳速率，我们会发现它们之比在多次跳动之后仍大致保持不变。我们也会发现月相的每个周期，即每个农历月，包含的天数也几乎相同。

由于天气变化，季节的周期乍看起来似乎更模糊一些。为了更精确地预测季节，诸多文明都发展出了天文计时的技术。他们想到了监控太阳在天空中运行轨迹的改变，观察太阳每一天在何处升起、何处落下、升起多高。这些位置上的改变比起变化无常的天气模式随季节的改变要有规律得多。通过监控太阳，人们获得了更加精确而实用的对季节和年的定义。（季节被正式定义为标记太阳最大偏移的冬至夏至点与标记太阳位置变化最快的春分秋分点之间的时间段。冬至夏至点标记了昼夜长度差别最大的点，春分秋分点则标记了昼夜长度相同的点。一年就是度过一整个变化周期的时间段。）有了这些精确的定义之后，人们发现每年每个季节包含的天数和农历月的数量都相同。他们建立了日历来帮助生活的方方面面，比如让农民确定何时播种、预计何时收获，以及让猎人预计动物何时迁徙。

简而言之，我们发现，不管是在生理学还是天文学上，都有很多不同周期过程是同步的。它们都踩着同样的鼓点前进。我们可以用这些周期中的某一个来测量其余的。 观察到一个共同的、普遍的速度，是我们了解到的关于物理世界运作方式的一个深刻事实。为了表达这个速度，我们可以说整个世界的周期都接入了某种东西，它告诉它们何时循环。这个东西就被定义为时间。时间是给事物变化伴奏的鼓手。

在人类经验中，时间还有另外两种最重要的表现。一种是它在音乐中的角色。在一起演奏、跳舞或唱歌时，我们也会默认所有参与者都会保持同步。尽管这个经验是如此熟悉以至于我们容易把它归于理所当然，但它的确提供了令人信服的证据，表明我们在很高的精度上拥有共同的时间流逝的观念。

时间的另一个表现也许对人类来说是最重要的，它与生命历程有关。几乎所有婴儿都按照大致相同的时间表成长，开始走路、说话，以及在一定月份（或天、周）之后达到其他的里程碑。人们身高增长、进入青春期、进入壮年再到衰老都遵循可以预测的模式，并与他们活过的年数紧密相关。我们每个人都是一座时钟，尽管难以精确读数。

人类的生命弧线也表明，时间不仅控制了周期事件的进展，也控制着非周期事件的进展。随着人们在科学上的认识逐渐深入，并系统性地研究物理世界的运动和其他类型的变化，他们会一遍又一遍地发现，到目前为止，每种情形中的所有变化都遵循一个共同的节奏。天体位置的变化、在力的作用下物体位置的改变、化学反应的进行、光线经过空间的过程，所有这些以及更多的变化都以同一个时间的节奏演化。

换言之，在我们对物理世界中的变化如何发生的基本描述中，出现了一个通常被写作t的量。这也正是人们问“现在几点钟？”时所谈到的东西。那就是时间。时间是时钟测量的东西，变化中的万物都是时钟。

本文摘自《万物原理》，【美】弗兰克·维尔切克 著，中信出版社2022年1月出版，《赛先生》获出版社授权发布。

【美】弗兰克·维尔切克 著

柏江竹 / 高苹 译

中信出版社

2022年1月 出版